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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ? PC Netzteil / Solarzellen / Eingangsspannung


Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo Leute..

hier mal wieder eine Frage, die mir gerade so durch die Birne haut:

Ich meine ich habe schon oft irgendwo gelesen, dass die netzbetriebenen
Schaltnetzteile auch mit  (oder eigentlich sowieso) mit DC arbeiten.

Nun kommt mir gerade der gedanke, ob man nicht ein PC Netzteil,
welches als Batterieladegerät umgebaut wurde (da gibt es ja auch einen 
haufen
Anleitungen) .. mit einer Serienschaltung von Solarpanels betreiben 
könnte.

Was meint ihr ?

.. und wie ist bei solchen Sachen der Wirkungsgrad einzuschätzen ?

Gruss Klaus

Autor: MaWin (Gast)
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> .. und wie ist bei solchen Sachen der Wirkungsgrad einzuschätzen ?

Nicht so besonders.

Du hast den Akku (sagen wir 12V Nennspannung) und die 14 Solarpanels 
(dazu passend mit ca. 18V Leerlaufspannung und 14V maximum power point). 
Du könntest also die Panels parallel an den Akku schalten und bekommst 
eine leistungsmässig gut angepasste Ladeschaltung, Wirkungsgradsverlust 
ca. 0.7V einer Diode die das Entladen des Akku nachts in die Zellen 
verhindern soll.

Alternativ möchtest du nun 14 Panels für 252V peak in Reihe schalten und 
den Akku per Schaltnetzteil laden. Bei Belastung sinkt die Spannung der 
Panels, aber wie hoch ? Nehmen wir an, das Schaltnetzteil wurde 
modifiziert und regelt bei 14A Ladestrom, also ca. 1A pro Panel ab, und 
die Panels liefern dann da. 14V, also noch 196V. Das reicht damit das 
Schaltnetzteil funktioniert, es wird ca. 85% Wirkungsgrad haben.

Der Wirkungsgrad liegt also ca. 10% niedriger als bei Direktanschluss. 
Du nutzt ebenfalls nur den statischen Punkt maximaler Leistung (MPP 
maximum power point) und keinen dynamisch an die Sonnenhelligkeit 
angepassten. Du hast also keinen Vorteil, aber einen Haufen zusätzlicher 
Bauteile, die Wirkunsgrad und Zuverlässigkeit kosten.

Lohnen würde es nur, wenn das Schaltnetzteil auf MPP regelt. Aber dazu 
istd as die falsche Wahl.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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ganz so einfach ists dann doch nicht, weil das PC-netzteil nicht auf die 
schwankende eingangsleistung reagieren kann.

wieso lädst du den akku nicht einfach direkt? das ist zwar ein gutes 
stück unterhalb des MPP aber der wirkungsgrad wird ähnlich hoch sein als 
bei deinem umweg.

Autor: Joachim B. (jojo84)
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Aber mal von deinen ganzen Fragen bzgl. des Wirkungsgrades und so 
abgesehen: ja, theoretisch müßte das funktionieren. Wenn du dich eh 
schon so intensiv mit deinem PC-Netzteil befasst hast, daß du es 
umrüsten konntest, ist dir ja bestimmt aufgefallen, daß da drin ja auch 
(meist) pauschal gleichgerichtet wird. wenn du den den Spannungsabfall 
über den Dioden nicht haben willst könntest du deine Panels natürlich 
"hinter" dem GR anklemmen. Aber so richtig viel Sinn macht das nicht...

Gruß

Autor: Michael_ (Gast)
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Es gibt ja Paneele mit 70V. Zwei Stück in Reihe und das NT auf 115V 
schalten macht schon Sinn. Aber nur zum Akku laden wäre mir das zu 
schade.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Okay .. ich sehe schon.. es war wohl nur ne kurze Idee und nicht die 
beste.

Die Idee resultierte aus der überlegung, dass man, wenn die Solarzellen 
etwas 50 Meter von den Batterien entfernst stehen und man 200 watt bei 
14 Volt übertragen will, doch ne Menge teures Kupfer zum einsatz kommen 
muss.
Das könnte man dann dadurch umgehen .

Gruss klaus

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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klar geht das... macht man in der energietechnik mit 380kv.

das PC-netzteil kann es aber trotzdem nicht, weil der darin enthaltene 
regler davon ausgeht, daß genug power für einen eventuellen 
vollast-betrieb aus dem netz nachfließt. das bedeutet, daß er seinen 
zwischenkreis sehr schnell komplett entladen würde wenn der akku mehr 
leistung zum laden benötigt als die solarzellen nachliefern. irgendwann 
ist die eingangsspannung dann zu klein, das netzteil schaltet ab, die 
kondensatoren laden sich wieder auf, netzteil läuft wieder an... und so 
weiter. nicht gerade gut für den wirkungsgrad, zumal du die solarzellen 
damit noch viel weiter vom MPP wegziehen würdest.

was du dafür brauchst ist ein regler, der auf seine eingangsspannung 
rücksicht nimmt. sprich der regler muß das PWM-tastverhältnis nicht nach 
der ausgangsspannung regeln, sondern nach der eingangsspannung. damit 
kann man sie auch im bereich des MPP einregeln. um ein hochlaufen der 
spannung am ausgang zu verhindern (evtl. offene leitung oder akku voll), 
kann eine untergeordnete spannungsregelung auf der ausgangsseite 
hinzugefügt werden, in diesem fall steigt die eingangsspannung bis auf 
die leerlaufspannung der solarzellen an.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Aha ! klingt interessant.

gibt es denn für sowas irgend ein Schaltungsbeispiel ?


Gruss Klaus

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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nö leider nein. hab ich zwar schon gebaut (als step-down von 18V auf 
12-14,4V ladespannung, danach erhaltungsladung mit 13,8V), aber habe nie 
einen schaltplan dafür gezeichnet. grundschaltung ist der gute alte 
TL494, der zwei eingangs-OPVs hat und dadurch nach beiden spannungen 
regeln kann. die ansteuerung des high side FETs würde ich heute auch 
anders machen, evtl. sogar was mit synchroner gleichrichtung. das 
damalige patent hatte einen hilfswandler zur erzeugung einer 
mitlaufenden gatespannung von 12-15V oberhalb der eingangsspannung und 
einen IR2113 als pegelumsetzer und FET-treiber. ist einwandfrei 
gelaufen, aber umständlich gebaut. strom war bis zu 10A und das ganze 
ist als proof-of-concept gelaufen, daß sich mehr "ampere" in den akku 
pumpen lassen als die solarzellen tatsächlich liefern. muß hier noch 
irgendwo rumliegen...

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo nochmal,

ich hab mir Eure Infos nun mal auf den Hirnverwicklungen zergehen 
lassen.

1.
Zunächst viel mir auf, dass ich ja wohl unbedingt eine galvanische 
Trennung
vorsehen sollte, falls der Wandler ausfällt (Gewitter z.B.). Denn wenn
im fehlerfalle eine hohe Spannung auf meine Installation kommt, ist das
ja wohl nicht sehr erfreuhlich für alles, was angeschlossen ist.

2.
angenommen ich wollte 10 Zellen mit folgenden Daten in Serie schalten:
**************************
voltage@peak power = 17.1
current @ peak power 1,17A
shortcircuit amp. = 1,27A
opencircuit Volts = 20,8V
**************************

dann hätte ich ja eine maximale Eingangsspannung zum Wandler von 10* 
20,8
und nominal bei MPP 10 * 17,1
der maximale Strom wäre 1,27 A

unter den ungünstigsten Bedingungen kommen mir also grob 180 Volt * 1,2 
Amp
durch die Leitung.

Da sind wir dann schon bei 216 Watt.

... und dafür brauch man wohl schon einen ziemlich fetten Spulenkern.. 
oder ?

3.
wäre wohl ein Gegentaktwandler , wie in Autoendstufen geeignet ?
da hätte ich nämlich noch einen aus ner alte ALPINE Endstufe (4x120W)
übrig. Der Durchmesser des Kerns ist ca. 7cm .
.. und zudem habe ich so eine Schaltung neulich schonmal aufgebaut
und dabei lange Zeit mit Messungen und Snubberdimensionierung verbracht
Ich könnte also auf gewisse Erfahrungen zurückgreifen.


4. ich habe mal so überschlagsmässig die Verluste bei
Paralleschaltung mit 7.5²
gegen Reihenschaltung mit 0,75² (billige Kabeltrommel)
verrechnet und komme zu dem Schluss, dass es sich vom Wirkungsgrad
auch dann noch rechnet, wenn der Wandler nur 50% schafft.
Also lohnt es wohl, die Sache weiter zu verfolgen.

Gruss Klaus

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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bei 180Vdc würde ich einen halbbrückenwandler bauen. für gegentakt 
bräuchte man da schon unschön spannungsfeste FETs.

auf jeden fall muß dein regler seine PWM nach der eingangsspannung 
führen, unabhängig von dem was dann hinten rauskommt. wenn du damit 
einen akku lädst bestimmt der akku die ausgangsspannung. erst wenn der 
akku voll ist (ladeendspannung erreicht) muß eine ausgangsseitige 
spannungsregelung erfolgen (z.b. 13,8V) damit du den akku nicht 
auskochst.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo Ben,

leider hatte ich keine Nachricht über den neuen Beitrag bekommen.
Deshalb kommt meine Antwort erst später.

Du hast recht.. die verfügbaren Bauteile werden nicht unbeding
die 2 mal V(in) vertragen.
Im Anhang mal eine Tabelle aus der AN von ONSEMI.

.. da sieht man ja locker, dass Du recht hast.

Bitte korrigiert mich, wo ich falsch liege:

zur praktischen Simulation (in House) dachte ich,
ich nehme meinen Regeltrenntrafo..
.. mache einen Brückengleichrichter dran..
..  einen Elko dran
und stelle diesen so ein, dass 200V DC entstehen.

.. dann baue ich mit LM317 (floating) ne Konstantstromquelle dahinter,
die etwa 1 A bringt.

und dann teste ich den Wandler in der Form, dass er (je nach Wunsch) 
z.B.
die Spannung am Eingang des Reglers auf 190 V einstellt.

Richtig ?

die BEgrenzung der Ausgansspannung (hinter dem Transformer ) wäre dann 
in der Art , wie eine Strombegrenzung bei Labornetzteilen.
.. also mit ner Diode hardwired OR ?


********************

wegen der Spulenkerne mache zwar immer wieder Fortschritte aber so ganz
sicher bin ich nicht.

Ich würde meine Schaltung dann gerne 2 fach aufbauen. Deshalb ziehe ich
meine ursprüngliche Idee mit dem Spulenkern der aslten Autoendstufe mal
zurück.
Ich werde also 2 stück toroidkerne kaufen müssen.

Eine Frage ist dann hier, ob Spulenkerne auch zu dick sein können.
Wenn nicht, könnte ich einfach 2 Stück kaufen, die ggf. viel REserven 
haben.

.. und wenn ich dann bei Amidon kaufe .. nehme ich rote grüne oder gelbe 
?
(ich kenn die Fraben nur von Gummibären )

Gruss Klaus

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